專利名稱：熱電—斯特林制冷機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適合于低溫制冷系統用的制冷機，特別是一種高制冷效率的熱電—斯特林制冷機。
背景技術：
制冷機在現代高科技產業中扮演著愈來愈重要的角色。如半導體制程、生物醫學、基因工程、高速計算機、紅外線探測、航天衛星、超導磁浮列車、超導通信及超導電機等。依其不同的工作原理，制冷機有斯特林制冷機、G-M制冷機、及脈沖式制冷機等。其中以斯特林制冷機的制冷效率最高，又兼具有體積小，重量輕等優點。
斯特林制冷機是利用卡諾(Carnot)循環(等溫膨脹、斷熱膨脹、等溫壓縮、斷熱壓縮)原理，將熱能從冷頭吸收，再釋放到制冷系統外部，達到冷頭上器件制冷的要求。斯特林制冷機依需要可做成各種大小不同制冷力的機型，在液態氮溫度(77K，-196℃)下的制冷功率從0.1瓦(W)到幾千瓦。
熱電致冷器是由P型及N型半導體元件及上下有銅電極的陶瓷基板組成。制冷器借助于直流電流中載流子的定向流動，分別將制冷器的熱量從一面移至另一面，實現了致冷器一面吸熱一面放熱的制冷效應。若改變直流電源極性，其產生的吸、放熱效應恰好相反。
發明內容
本發明的目的在于提供一種熱電—斯特林制冷機，即將熱電致冷器與斯特林制冷機整合成整體，整合后的設備使原有單體斯特林制冷機的功效得到優化，大幅度地提高了制冷效率。
本發明的技術方案一種熱電—斯特林制冷機，包括斯特林制冷機用壓縮機，其特征在于與壓縮機連接有一熱電式冷頭，所說的熱電式冷頭是由兩條制冷通路構成，一條制冷通路是由冷板下表面依導熱桿通過導熱板連接到冷頭本體；另一條制冷通路是由冷板下表面與導熱板上表面間接有熱電致冷器，再由導熱板下表面依導熱桿連接冷頭本體；冷頭本體連通于外部制冷系統。
上述所說的冷板下表面與導熱板上表面間接有的熱電致冷器是由上端陶瓷基板、下端陶瓷基板、上下銅電極、半導體N型元件和半導體P型元件及直流電源構成，熱電致冷器的上端陶瓷基板的表面依凹槽導熱膠接合于冷板之下表面；熱電致冷器下端陶瓷基板表面依凹槽導熱膠接合于導熱板之上表面；熱電致冷器之上端陶瓷基板底部及下端陶瓷基板頂部有銅電極，上下銅電極間有半導體N型元件及P型元件，上下銅電極連通一對N型元件與P型元件的輸入、輸出端，且銅電極的輸入、輸出端接通于直流電源，直流電流從半導體N形元件端之電極輸入端進入，從半導體P型元件端之電極輸出端出來。
上述所說的冷板下表面與導熱板上表面間接有的熱電致冷器至少設置一個，每個熱電致冷器可以有一對以上的半導體N型元件及P型元件。
上述所說的一條制冷通路中冷板下表面通過導熱板連接到冷頭本體的導熱桿至少為2根；相對應另一條制冷通路中由冷板與導熱板之間接有熱電致冷器后，導熱板下表面與冷頭本體相連接的導熱桿至少也應為2根。
上述所說的熱電制冷器可以用螺絲將其固定在冷板與熱板之間。
上述所說的熱電制冷器與冷板及導熱板間依導熱膠接合。
本發明的工作原理與工作過程為熱電—斯特林制冷機工作時由二種除熱機制排除熱能，一是熱能通過斯特林制冷機的壓縮機連接冷板依導熱桿過導熱板連接到冷頭本體排除，二是冷板上的另一部分熱能經由熱電致冷器排除；熱電制冷器啟動時通以直流電流，電流(I)從半導體N形元件端之電極進入，從半導體P型元件端之電極出來。熱電致冷器排除的熱能是從冷板引導經由熱電致冷器上、下端陶瓷基板、上下銅電極、半導體N型及P型元件及相接的直流電源制冷排除，熱電致冷器下端亦接至導熱板再經導熱桿傳到冷頭本體，二路匯合共同傳到制冷系統外部，由此提高了制冷功效。熱電—斯特林制冷機有三種不同的控制方式第一種是先啟動斯特林制冷機，到特定溫度時再啟動熱電制冷器；第二種是先啟動熱電制冷器，再啟動斯特林制冷機；第三種是斯特林制冷機與熱電制冷器同時啟動。依不同的需要，可設定不同的啟動方式。
本發明的優越性在于1、熱電—斯特林制冷機是一種新型的集成式制冷機，它將熱電致冷器連接在斯特林制冷機冷頭的下方，共同將冷頭上方的熱排除到制冷系統外，籍以降低冷頭的溫度，具有極高的制冷效率；2、此制冷機不僅可節約能源，且具有體積小、重量輕等特點；3、應用范圍廣泛，不僅可應用在移動通信基站的超導濾波器系統，也可用在核磁共振顯相儀(MRI)等醫療系統及大型超導電機、電力系統上，具有強大的開發前景。
附圖1為本發明所涉一種熱電—斯特林制冷機的整機結構示意圖。
附圖2為本發明所涉一種熱電—斯特林制冷機中的熱電式冷頭結構示意圖。
其中10為熱電—斯特林制冷機，11為壓縮機，20為熱電式冷頭，21為冷板，22為冷板下表面，23為導熱桿，24為冷板之下凹槽，30為熱電致冷器，31為熱電致冷器之上端，32為熱電致冷器之下端，33為上端表面，34為下端表面，35為銅電極，36為半導體N型元件，37為P型元件，40為導熱板，41為導熱板之上表面，42導熱板之下表面，43為導熱板之上凹槽，50為冷頭本體。
具體實施例方式實施例一種熱電—斯特林制冷機10(見圖1、2)，包括斯特林制冷機用壓縮機11，其特征在于與壓縮機11連接有一熱電式冷頭20，所說的熱電式冷頭20是由兩條制冷通路構成，一條制冷通路是由冷板21下表面22依導熱桿23通過導熱板40連接到冷頭本體50；另一條制冷通路是由冷板21下表面與導熱板40上表面間接有熱電致冷器30，再由導熱板40下表面依導熱桿23連接冷頭本體50；冷頭本體50連通于制冷系統外部。
上述所說的冷板21下表面與導熱板40上表面間接有的熱電致冷器30是由上端陶瓷基板31、下端陶瓷基板32、上下銅電極35、半導體N型元件36和半導體P型元件37及直流電源構成，熱電致冷器30的上端陶瓷基板31的表面33依凹槽24導熱膠接合于冷板21之下表面22；熱電致冷器下端陶瓷基板32表面34依凹槽43導熱膠接合于導熱板40之上表面41；熱電致冷器之上端陶瓷基板31底部及下端陶瓷基板32頂部有銅電極35，上下銅電極35間有半導體N型元件36及P型元件37，上下銅電極35連通一對N型元件36與P型元件37的輸入、輸出端，且銅電極35的輸入、輸出端接通于直流電源，電流(I)從半導體N形元件端之電極輸入端進入，從半導體P型元件端之電極輸出端出來(見圖2)。
上述所說的由冷板21下表面與導熱板40上表面間接有的熱電致冷器30可以設置兩個，每個熱電致冷器30可以有三對半導體N型元件36及P型元件37(見圖2)。
上述所說的一條制冷通路中冷板21下表面22通過導熱板40連接到冷頭本體50的導熱桿23可以是三根；相對應另一條制冷通路中由冷板21下表面22與導熱板40上表面41間接有熱電致冷器30后，導熱板40下表面42與冷頭本體50相連接的導熱桿23也應是三根(見圖2)。
權利要求
1.一種熱電—斯特林制冷機，包括斯特林制冷機用壓縮機，其特征在于與壓縮機連接有一熱電式冷頭，所說的熱電式冷頭是由兩條制冷通路構成，一條制冷通路是由冷板下表面依導熱桿通過導熱板連接到冷頭本體；另一條制冷通路是由冷板下表面與導熱板上表面間接有熱電致冷器，再由導熱板下表面依導熱桿連接冷頭本體；冷頭本體連通于制冷系統外部。
2.根據權利要求1所說的一種熱電—斯特林制冷機，其特征在于所說的冷板下表面與導熱板上表面間接有的熱電致冷器是由上端陶瓷基板、下端陶瓷基板、上下銅電極、半導體N型元件和半導體P型元件及直流電源構成，熱電致冷器的上端陶瓷基板的表面依冷板之下凹槽與導熱膠接合于冷板之下表面；熱電致冷器下端陶瓷基板表面依導熱板之上凹槽與導熱膠接合于導熱板之上表面；熱電致冷器之上端陶瓷基板底部及下端陶瓷基板頂部有銅電極，上下銅電極間有半導體N型元件及P型元件，上下銅電極連通一對N型元件與P型元件的輸入、輸出端，且銅電極的輸入、輸出端接通于直流電源，直流電流從半導體N形元件端之電極輸入端進入，從半導體P型元件端之電極輸出端出來。
3.根據權利要求1所說的一種熱電—斯特林制冷機，其特征在于所說的冷板下表面與導熱板上表面間接有的熱電致冷器至少設置一個，每個熱電致冷器可以有一對以上的半導體N型元件及P型元件。
4.根據權利要求1所說的一種熱電—斯特林制冷機，其特征在于所說的一條制冷通路中冷板下表面通過導熱板連接到冷頭本體的導熱桿至少為2根；相對應另一條制冷通路中由冷板與導熱板之間接有熱電致冷器后，導熱板下表面與冷頭本體相連接的導熱桿至少也應為2根。
5.根據權利要求2所說的一種熱電—斯特林制冷機，其特征在于所說的熱電制冷器可以用螺絲將其固定在冷板與熱板之間。
6.根據權利要求5所說的一種熱電—斯特林制冷機，其特征在于所說的熱電制冷器與冷板及導熱板間依導熱膠接合。
全文摘要
一種熱電—斯特林制冷機，包括斯特林制冷機用壓縮機，其特征在于與壓縮機連接有一熱電式冷頭，所說的熱電式冷頭是由兩條制冷通路構成，一條制冷通路是由冷板下表面依導熱桿通過導熱板連接到冷頭本體；另一條制冷通路是由冷板下表面與導熱板上表面間接有熱電致冷器，再由導熱板下表面依導熱桿連接冷頭本體；冷頭本體連通于外部制冷系統。本發明的優越性在于1.熱電—斯特林制冷機是一種新型的集成式制冷機，具有極高的制冷效率；2.不僅可節約能源，且具有體積小、重量輕等特點；3.應用范圍廣泛，不僅可應用在移動通信基站的超導濾波器系統，也可用在核磁共振顯相儀(MRI)等醫療系統及大型超導電機、電力系統上，具有強大的開發前景。
文檔編號F25B9/14GK1632422SQ200310122109
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月25日 優先權日2003年12月25日
發明者陳國鋕 申請人:海泰超導通訊科技(天津)有限公司